TWI657219B

TWI657219B - 節能控制系統及其方法

Info

Publication number: TWI657219B
Application number: TW107111024A
Authority: TW
Inventors: 林家仁; 賴柏勳; 林逢傑
Original assignee: 東元電機股份有限公司
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-04-21
Also published as: TW201942524A

Abstract

一種節能控制系統，用以控制溫度控制設備，且溫度控制設備係設置並對應於一運作空間，節能控制系統並包含：一接收模組、一感測模組、一處理模組與一控制模組。接收模組，係用以接收複數個對應運作空間之空間參數與一對應運作空間之目標溫度。感測模組，係用以感測運作空間之空間溫度。處理模組，係用以接收空間參數、目標溫度與空間溫度，並據以運算出一熱移轉量。控制模組，係依據熱移轉量產生一控制信號，以控制溫度控制設備。另外，一種節能控制方法亦被揭露。

Description

節能控制系統及其方法

本發明係有關於一種節能控制系統及其方法，尤其是指一種依據空間參數、空間溫度、目標溫度與外界溫度運算出一熱移轉量，並據以控制一溫度控制設備之節能控制系統及其方法。

在環保意識逐漸抬頭的趨勢下，節能減碳不再單單只是強調「隨手關燈」的行為，而是發展出智慧節能監控系統，有效的利用以及管控能源。

能源管理系統(Energy Management System；EMS)為其中一個較廣為人知的系統，EMS可用於監控工廠、賣場、花園等環境的電器設備，包含空調、電燈、灑水器等，用於實施集中監控與能源管理。主要應用分為建築能源管理(Building Energy Management System；BEMS)與居家能源管理(Home Energy Management System；HEMS)兩大範圍。

通常能源管理系統係藉由人力監控與維護，可監控電器設備的運轉狀況、異常狀況等，藉由監控電器設備以延長設備的使用壽命、節省使用電器設備的電費開支。然而，先前技術中的能源管理系統僅可依靠人力監控，無法由系統自行調控電器設備以達到節能的效果。

有鑒於在先前技術中系統無法自行調控電器設備的問題。本發明之一主要目的係提供一種節能控制系統及其方法，利用處理模組接收空間參數、目標溫度與空間溫度運算出一熱移轉量，並利用控制模組據以控制溫度控制設備，以達到節省能源以及自動化調控的功效與目的。

本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為提供一種節能控制系統，用以控制至少一溫度控制設備，且溫度控制設備係設置並對應於一運作空間，節能控制系統包含：一接收模組、一感測模組、一處理模組與一控制模組。

接收模組，用以接收複數個對應運作空間之空間參數、一對應運作空間之目標溫度與一對應該運作空間之一外界環境之外界溫度。感測模組，用以感測運作空間之空間溫度。處理模組，係電性連接接收模組與感測模組，用以接收空間參數、目標溫度、空間溫度與外界溫度，並據以運算出一熱移轉量。控制模組，係電性連接處理模組，依據熱移轉量產生一控制信號，以控制溫度控制設備。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使節能控制系統中之空間參數係一空間熱容量與一空間總熱量。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使節能控制系統，更包含：一輸入模組，且輸入模組係用以輸入上述空間參數與上述目標溫度。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使節能控制系統中之處理模組，判斷空間溫度係與目標溫度相等時，係藉由控制模組產生一待機信號，藉以控制溫度控制設備自一運作模式切換至一待機模式。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使節能控制系統中之溫度控制設備，係電性連接於接收模組，用以傳送外界溫度至接收模組。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使節能控制系統，更包含：一外界溫度量測模組，外界溫度量測模組係用以量測外界溫度，並傳送至接收模組。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使節能控制系統，更包含：一電子裝置，電子裝置係用以利用網路獲取外界溫度，並傳送至接收模組。

本發明並提供一種節能控制方法，用以控制至少一溫度控制設備，使用一節能控制系統，此節能控制系統包含一接收模組、一感測模組、一處理模組、一控制模組，此節能控制方法包含以下步驟：(a)利用接收模組，接收複數個對應一溫度控制設備之一運作空間之空間參數、一對應運作空間之目標溫度與一對應運作空間之一外界環境之外界溫度；(b)利用感測模組，感測運作空間之一空間溫度；(c)利用處理模組，接收空間參數、空間溫度、目標溫度與外界溫度，並據以運算出一熱移轉量；(d)利用控制模組，接收熱移轉量，並據以產生一控制信號；以及(e)利用控制模組，傳送控制信號至溫度控制設備，藉以控制溫度控制設備。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使節能控制方法，在步驟(a)之前，更使用一輸入模組，並包含以下步驟：利用輸入模組輸入上述空間參數與目標溫度。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使節能控制方法，在步驟(e)之後，更包含以下步驟：利用處理模組判斷空間溫度是否等於目標溫度，若判斷結果為是，係產生一待機指令，並利用控制模組，據以產生一待機信號，藉以控制溫度控制設備自一運作模式切換至一待機模式。

承上所述，本發明所提供之節能控制系統及其方法係利用處理模組接收空間參數、空間溫度與目標溫度，據以運算出一熱移轉量，並利用控制模組依據熱移轉量產生一控制信號以控制溫度控制設備，達到節省能源的功效以及自動化調控溫度控制設備的目的。

1、1a、1b、1c‧‧‧節能控制系統

2、2a‧‧‧溫度控制設備

11‧‧‧輸入模組

111‧‧‧操作顯示介面

12、12a‧‧‧接收模組

13‧‧‧感測模組

14‧‧‧處理模組

15‧‧‧控制模組

16b‧‧‧外界溫度量測模組

17c‧‧‧電子裝置

Cr‧‧‧空氣熱容量

Qair‧‧‧熱移轉量

Qg‧‧‧空間總熱量

Qor‧‧‧外界熱流量

Rw‧‧‧介質熱阻

Text‧‧‧外界溫度

Trm‧‧‧空間溫度

第一圖係顯示本發明一實施例所提供之節能控制系統之系統方塊圖；第二圖係顯示本發明一實施例所提供之節能控制系統之處理模組之運算示意圖；第三圖係顯示本發明一實施例所提供之節能控制系統之輸入模組之操作顯示介面示意圖；第四圖係顯示本發明之另一實施例所提供之節能控制方法之方法流程圖；第五圖係顯示本發明之另一實施例之節能控制系統之系統方塊圖；第六圖係顯示本發明之另一實施例之節能控制系統之系統方塊圖；以及第七圖係顯示本發明之又一實施例之節能控制系統之系統方塊圖。

請參閱第一圖至第三圖，其中，第第一圖係顯示本發明一實施例所提供之節能控制系統之系統方塊圖；第二圖係顯示本發明一實施例所提供之節能控制系統之處理模組之運算示意圖；以及第三圖係顯示本發明一實施例所提供之節能控制系統之輸入模組之操作顯示介面示意圖。如圖所示，本發明一實施例之節能控制系統1，用以控制一溫度控制設備2，並包含一輸入模組11、一接收模組12、一感測模組13、一處理模組14與一控制模組15。其中，溫度控制設備2係設置於一運作空間，並且對運作空間設定有一目標溫度，在本實施例中，溫度控制設備2係一冷氣，而運作空間溫度控制設備2所處在的空間，例如：房間、辦公室等，並具有一空間溫度。

此外，定義運作空間的外圍為一外界環境，並具有一外界溫度，以較易理解但較為誇張的例子說明，例如：運作空間為山中的獨棟別墅，則外界環境即為獨棟別墅周圍的山林環境。

輸入模組11，係用以輸入複數個對應運作空間的空間參數，例如：空氣熱容量、空間總熱量、目標溫度，在本實施例中，還會輸入外界溫度。接收模組12，係電性連接輸入模組11，用以接收空間參數。感測模組13，係用以感測運作空間的空間溫度。

處理模組14，係電性連接接收模組12與感測模組13，接收空間參數與空間溫度，用以運算出一熱移轉量。控制模組15，係電性連接處理模組14，接收熱移轉量並據以產生一控制信號，以控制溫度控制設備2。

如第二圖所示，係處理模組14的運算示意圖，其中，Trm為運作空間的空間溫度；Qg為運作空間的所有物品、人所產生的熱量總和，稱為空間總熱量，為了方便運算起見，就一實施例而言，可假設空間總熱量Qg為一固定值；Qor為外界環境以各種熱傳方式進入運作空間的熱量，稱為外界熱流量；Cr為運作空間中的空氣熱容量，其值為運作空間的空氣質量乘以空氣的比熱；Text為外界環境的外界溫度；Rw為隔絕運作空間跟外界環境的介質的熱阻，在本實施例中介質係牆壁。而外界溫度Text與空間溫度Trm的差值除以介質熱阻Rw為外界熱流量Qor；Qair為經由溫度控制設備2所帶走的熱移轉量，可經由調控溫度控制設備2而調整熱移轉量Qair，且熱移轉量Qair與空間溫度Trm以及目標溫度的差值有關；1/S為積分，係所屬技術領域的公知常識，故不多加贅述。

圖式為所屬技術領域中具有通常知識者可輕易理解，以方程式表示為△Trm=(Qg+Qor-Qair)/Cr。處理模組14會接收空間溫度Trm、空氣熱容量Cr、空間總熱量Qg、外界溫度Text與介質熱阻Rw運算出熱移轉量Qair。而熱移轉量Qair又與目標溫度與空間溫度Trm的差值有關，隨著空間溫度Trm與目標溫度的差值越來越小，熱移轉量Qair亦隨之變小。控制模組15係依據處理模組14運算出來的熱移轉量Qair產生對應的控制信號以控制溫度控制設備2，若熱移轉量Qair越小即控制溫度控制設備2轉速降低，在本實施例即為降低冷氣的壓縮機與蒸發器風扇的轉速。藉以達到由節能控制系統1自動調控溫度控制設備2的功效而不需要藉由人力調控，也可以節省能源並進一步降低溫度控制設備2的電費支出。

如第三圖所示，本發明之節能控制系統1之輸入模組11更包含一操作顯示介面111，用以顯示溫度控制設備2的名稱、空間溫度、目標溫度、運轉模式、風速、風向。並且藉由「設定」功能可供一使用者對溫度控制設備2進行設定，例如：設定目標溫度、風速、風向等。在此圖顯示二溫度控制設備2(名稱為401與402)。此外，「排程」功能可供一使用者對溫度控制設備2進行排程設定，例如設定溫度控制設備2在幾點開始運作，並且持續運作多久時間、或是設定溫度控制設備2需搭配時間電價模式，在電費單價較便宜的離峰時刻運作，以達到節省能源降低電費支出的目的。

請參閱第四圖，第四圖係顯示本發明之另一實施例所提供之節能控制方法之方法流程圖。此節能控制方法係用於如第一圖之節能控制系統1，此節能控制系統1係用以控制一溫度控制設備2，並包含一輸入模組11、一接收模組12、一感測模組13、一處理模組14與一控制模組15。輸入模組11更包含一操作顯示介面111。此節能控制方法包含以下步驟S101至S108。

步驟S101：利用接收模組12，接收複數個對應溫度控制設備2之一運作空間之空間參數、一對應運作空間之目標溫度與一對應運作空間之一外界空間之外界溫度。

步驟S102：利用感測模組13，感測運作空間之一空間溫度。

步驟S103：利用處理模組14，接收空間參數、空間溫度與目標溫度，並據以運算出一熱移轉量。

步驟S104：利用控制模組15，接收熱移轉量，並據以產生一控制信號。

步驟S105：利用控制模組15，傳送控制信號至溫度控制設備2，藉以控制溫度控制設備2。

步驟S106：利用處理模組14，判斷空間溫度是否等於目標溫度。

步驟S107：利用處理模組14，產生一待機指令，並傳送至控制模組15。

步驟S108：利用控制模組15，依據待機指令產生一待機信號，並傳送至溫度控制設備2，藉以使溫度控制設備2自一運作模式切換至一待機模式。

步驟S101係利用接收模組12接收複數個對應溫度控制設備2之一運作空間之空間參數、一對應運作空間之目標溫度與一對應運作空間之一外界環境之外界溫度，在本實施例中，接收模組12接收的空間參數與目標溫度係利用輸入模組11輸入。

步驟S102係利用感測模組13感測運作空間之空間溫度。

步驟S103係利用處理模組14接收空間參數、空間溫度與目標溫度，並依據第二圖之運算方塊圖運算出一熱移轉量。

步驟S104與S105係利用控制模組15接收處理模組14運算出的熱移轉量，並據以產生一控制信號傳送至溫度控制設備2，藉以控制溫度控制設備2。因為熱移轉量的不同而產生不同的控制信號，當空間溫度與目標溫度越接近，則會控制溫度控制設備2的轉速降低，以達到節省能源的功效。到達步驟S105即可完成自動調控溫度控制設備2，以及節省能源的功效。

步驟S106係利用處理模組14判斷空間溫度是否等於目標溫度，若判斷結果為是，則進入步驟S107；若判斷結果為否，則重回步驟S102。

步驟S107與S108係利用處理模組14產生一待機指令，並傳送至控制模組15。利用控制模組15，依據待機指令產生一待機信號，並傳送至溫度控制設備2，藉以使溫度控制設備2自一運作模式切換至一待機模式。當空間溫度等於目標溫度時，處理模組14會產生待機指令，控制模組15會依據待機指令產生待機信號，並傳送至溫度控制設備2，使溫度控制設備2自運作模式切換至待機模式。因空間溫度已到達目標溫度，故不需要溫度控制設備2再如空間溫度未到達目標溫度時那樣運轉，故將溫度控制設備2切換至待機模式，以達到節能的目的。

請參閱第五圖，第五圖係顯示本發明之另一實施例之節能控制系統之系統方塊圖。如圖所示，節能控制系統1a與第一圖之系統方塊圖大致相同，差別在於本實施例中，溫度控制設備2a係電性連接接收模組12a，用以回傳外界溫度至接收模組12a。例如：利用冷氣的室外機的溫度感測器感測外界溫度，並回傳至接收模組12a，使得處理模組14運算出來的熱移轉量更貼近於實際環境狀況。

請參閱第六圖，第六圖係顯示本發明之另一實施例之節能控制系統之系統方塊圖。如圖所示，節能控制系統1b與第一圖之系統方塊圖大致相同，差別在於本實施例中，節能控制系統1b更包含一外界溫度量測模組16b，用以量測外界溫度並傳送至接收模組12，可為一溫度計。

最後，請參閱第七圖，第七圖係顯示本發明之又一實施例之節能控制系統之系統方塊圖。如圖所示，節能控制系統1c與第一圖之系統方塊圖大致相同，差別在於本實施例中，節能控制系統1c更包含一電子裝置17c，電子裝置17c必須要可以連上網路，用以抓取外界溫度的相關資料。例如，電子裝置17c可以連結至中央氣象局的網站，以獲取即時的外界溫度。

綜上所述，本發明所提供之節能控制系統及其方法，利用處理模組接收空間參數、目標溫度、空間溫度與外界溫度運算出熱移轉量，並藉由控制模組依照熱移轉量產生控制信號，以控制溫度控制設備的轉速，達到節能的目的與功效。相較於先前技術僅能依靠人力監控，本發明可藉由節能控制系統自動化調控溫度控制設備，不僅可以節省人力成本、也可達到自動化控制的功效。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

Claims

一種節能控制系統，用以控制至少一溫度控制設備，且該溫度控制設備係設置並對應於一運作空間，該節能控制系統包含：一外界溫度量測模組，係用以量測一對應該運作空間之一外界環境之外界溫度；一接收模組，用以接收複數個對應該運作空間之空間參數、一對應該運作空間之目標溫度與該之外界溫度；一感測模組，用以感測該運作空間之一空間溫度；一處理模組，係電性連接該接收模組與該感測模組，用以接收該些空間參數、該目標溫度、該空間溫度與該外界溫度，並據以運算出一熱移轉量；以及一控制模組，係電性連接該處理模組，依據該熱移轉量產生一控制信號，以控制該溫度控制設備。
如申請專利範圍第1項所述之節能控制系統，其中，該些空間參數係一空間熱容量與一空間總熱量。
如申請專利範圍第1項所述之節能控制系統，更包含：一輸入模組，該輸入模組係用以輸入該些空間參數與該目標溫度。
如申請專利範圍第1項所述之節能控制系統，其中，該處理模組判斷該空間溫度係與該目標溫度相等時，係藉由該控制模組產生一待機信號，藉以控制該溫度控制設備自一運作模式切換至一待機模式。
如申請專利範圍第1項所述之節能控制系統，其中，該溫度控制設備係電性連接於該接收模組，用以傳送該外界溫度至該接收模組。
一種節能控制方法，使用一外界溫度量測模組、一接收模組、一感測模組、一處理模組與一控制模組，並包含以下步驟：利用該外界溫度量測模組，量測一對應一溫度控制設備之一運作空間之一外界環境之外界溫度；利用該接收模組，接收複數個對應該溫度控制設備之該運作空間之空間參數、一對應該運作空間之目標溫度與該對應該運作空間之該外界環境之外界溫度；利用該感測模組，感測該運作空間之一空間溫度；利用該處理模組，接收該些空間參數、該空間溫度、該目標溫度與該外界溫度，並據以運算出一熱移轉量；利用該控制模組，接收該熱移轉量，並據以產生一控制信號；以及利用該控制模組，傳送該控制信號至該溫度控制設備，藉以控制該溫度控制設備。
如申請專利範圍第6項所述之節能控制方法，更使用一輸入模組，在利用該接收模組，接收複數個對應一溫度控制設備之一運作空間之空間參數與一對應該運作空間之目標溫度之步驟前，更包含以下步驟：利用該輸入模組，輸入該些空間參數與該目標溫度。
如申請專利範圍第6項所述之節能控制方法，其中，在利用該控制模組，傳送該控制信號至該溫度控制設備，藉以控制該溫度控制設備之步驟後，更包含以下步驟：利用該處理模組判斷該空間溫度是否等於該目標溫度，若判斷結果為是，係產生一待機指令，並利用該控制模組，據以產生一待機信號，藉以控制該溫度控制設備自一運作模式切換至一待機模式。